AC20C沥青混合料目标参考配合比设计方案报告.docx

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AC20C沥青混合料目标参考配合比设计方案报告

AC-20C沥青混合料目标

配合比设计汇报

1概述

1.1概述

汪清至延吉段高速公路建设项目GSZ03协议段由长春市政建设（集团）承建，其桩号范围为K36+000~K55+741，路线总长度为19.741Km。

AC-20下面层施工面积为501914m2。

设计文件给定沥青种类为SBSI-C类改性沥青，沥青产地盘锦，碎石产地凉水石场，矿粉产地磐石，消石灰产地图们，机制砂产地安图。

经自检及总监办验证，原材料各项指标符合设计要求，能够用于AC-20C下面层施工。

1.2设计依据

本协议段沥青混合料配合比设计采取现行规范要求马歇尔法进行设计，设计采取相关技术规程和依据有：

（1）《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-）

（2）《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-）

（3）《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》（JTJ052-）

（4）《公路工程集料试验规程》（JTGE42-）

（5）《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-）

（6）《公路路基路面现场测试规程》（JTGE60-）

1.3原材料起源

本项目下面层AC-20C沥青砼目标配合比设计试验所采取集料为凉水石场生产玄武岩，集料粒径规格分别为9.5-19.0mm、4.75-9.5mm、2.36-4.75mm，机制砂规格S16（0-2.36mm）；矿粉为磐石石粉厂生产；消石灰产地图们；沥青采取延边路兴沥青储运站提供盘锦产SBSI-C类改性沥青。

2原材料试验

2.1沥青

沥青试验根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-要求和方法进行，沥青性能指标试验结果和设计要求见表2-1所列。

SBSI-C类改性沥青沥青试验结果表2-1

项目

试验结果

设计要求

试验依据

针入度（25℃，100g，5s，0.1mm）

66.7

60～80

T0604-

延度（5cm/min，15℃，cm）

68.6

≥30

T0605-1993

软化点（℃）

70.9

T0606-

密度（25℃）

1.022

实测

T0603-1993

试验结果表明：

盘锦产SBSI-C类改性沥青各项检测指标均符合本项目技术要求。

2.2沥青和集料粘附性

沥青和粗集料粘附性试验采取按T0616-1993中要求水煮法，其试验结果如表2-2所列。

沥青和集料粘附性试验结果表2-2

沥青和集料粘附性

试验后石料表面上沥青膜剥落情况

粘附性等级

沥青膜完全保留，剥离面积百分率靠近于0

2.3集料

集料试验严格根据《公路工程集料试验规程》（JTGE42-）方法进行，粗、细集料试验结果和设计要求分别见表2-3、2-4所列。

粗集料试验结果表2-3

试验项目

单位

试验结果

设计要求

试验依据

洛杉矶磨耗损失

％

合格

≯30

T0317－

压碎值

％

15.2

≯28

T0316－

表观相对密度

9.5-19mm碎石

2.880

≮2.50

T0304－

4.75-9.5mm碎石

2.882

2.36-4.75mm碎石

2.882

毛体积相对密度

9.5-19mm碎石

2.788

T0304－

4.75-9.5mm碎石

2.800

2.36-4.75mm碎石

2.787

吸水率

9.5-19mm碎石

％

1.2

≯3.0

T0307－

4.75-9.5mm碎石

1.1

2.36-4.75mm碎石

1.2

软石含量

％

≯5

T0320－

针片状颗粒含量

9.5-19mm碎石

％

2.0

≯18

T0312－

4.75-9.5mm碎石

0.9

水洗法＜0.075mm颗粒含量

9.5-19mm碎石

％

0.4

≯1

T0310－

4.75-9.5mm碎石

0.6

2.36-4.75mm碎石

0.7

细集料试验结果表2-4

试验项目

单位

试验结果

设计要求

试验依据

表观相对密度

≮2.50

T0330－

毛体积相对密度

2.715

砂当量

％

≮60

T0334－

粗糙度

41.1

≯30

T0349－

由表2-3和表2-4试验结果可见：

粗、细集料各项检测指标均符合本项目技术要求。

2.4矿粉及消石灰试验

矿粉及水泥试验项目按《公路工程集料试验规程》（JTGE42-）要求方法进行试验，其结果见表2-5所列。

矿粉及消石灰技术指标表2-5

试验项目

单位

试验结果

设计要求

试验依据

表观相对密度

矿粉

2.689

≮2.50

T0352-

消石灰

2.392

矿粉亲水系数

0.6

＜1

T0353-

含水量

％

0.36

≯1

T0332-

塑性指数

1.2

＜4

T0354-

粒度范围＜0.6mm

矿粉

％

100

T0351-

消石灰

100

＜0.15mm

矿粉

95.7

90～100

消石灰

95.1

＜0.075mm

矿粉

83.6

75～100

消石灰

83.3

由表2-5试验结果可见：

矿粉及消石灰各项检测指标均符合本项目技术要求。

3AC-20C型沥青混合料目标配合比设计

依据本项目实际情况和工期安排，本协议段沥青混合料配合比设计采取马歇尔试验法。

依据本协议使用矿料和沥青实际情况，和其它项目标成功经验，确定三个矿料级配进行试验，以确定多种材料最好组成，使之既能满足路面性能要求，又能符合经济性。

3.1方案Ⅰ

1、原材料筛分及合成级配

多种矿料级配和方案I合成矿料级配如表3-1所列。

AC-20C型沥青混合料合成矿料级配组成（方案Ⅰ）表3-1

2、矿料合成级配曲线图

方案Ⅰ矿料合成级配曲线图3-1所表示。

图3-1AC-20C下面层（方案Ⅰ）矿料合成级配曲线图

3、马歇尔试验结果及最好沥青用量确定

①AC-20C（方案Ⅰ）马歇尔试验

方案I各油石比马歇尔结果见表3-2。

AC-20C（方案Ⅰ）马歇尔试验结果表3-2

试件

组号

油石比（％）

试件相对密度

空隙率（％）

矿料间隙率（％）

沥青饱和度（％）

稳定度（kN）

流值

（0.01mm）

实际

理论

3.5

2.425

2.612

7.2

15.2

52.7

7.2

25.7

4.0

2.448

2.593

5.6

14.7

62.2

7.8

31.1

4.5

2.466

2.574

4.2

14.6

71.3

9.3

35.3

5.0

2.467

2.555

3.5

15.0

77.0

9.0

39.7

5.5

2.643

2.537

2.9

15.5

81.1

8.1

45.5

技术

要求

3～5

≥13

65～75

≥8.0

20～40

注：

1）沥青加热温度控制在170℃，上下浮动±5℃；矿料加热温度为180～200℃；混合料拌和温度为180℃，上下浮动±5℃；击实温度为170～180℃；混合料废弃温度195℃；

2）沥青混合料理论最大相对密度采取计算法得到。

②最好沥青用量确定

由表3-2得出油石比和各项测定指标关系曲线图3所表示。

图3-2AC-20C下面层目标配合比（方案Ⅰ）确定沥青用量图

依据曲线图,得出油石比OAC：

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=（4.7+4.5+4.6+4.6）/4=4.55

OAC2＝（OACmin+OACmax）/2=（4.5+4.8）/2＝4.50

依据OAC1和OAC2，结合实践经验和本项目交通量、气候条件，综合确定ATB-25目标配合比（方案Ⅰ）最好油石比为：

OAC=4.53%。

4、最好油石比马歇尔试验

依据确定多种矿料百分比、级配和最好油石比进行了马歇尔试件制作，并对其进行相关试验，其试验结果如表3-3所列。

AC-20C（方案Ⅰ）最好油石比马歇尔试验结果表3-3

指标

油石比（％）

试件相对密度

空隙率（％）

矿料间隙率（％）

沥青饱和度（％）

稳定度（kN）

流值

（0.01mm）

实际

理论

结果

4.53

2.461

2.573

4.3

14.7

70.6

9.4

35.7

技术

要求

3～5

≥13

65～75

≥8.0

20～40

注：

2）沥青混合料理论最大相对密度采取计算法得到。

由表3-3可见，最好油石比马歇尔试验结果各项体积指标均符合设计技术要求。

5、浸水马歇尔试验

依据确定多种矿料百分比、级配和最好油石比进行了马歇尔试件制作，并进行残留稳定度试验，以判定目标配合比沥青混合料抗水损害性能，试验结果如表3-4所列。

AC-20C（方案Ⅰ）残留稳定度试验结果表3-4

油石比

（％）

浸水时间

稳定度（kN）

残留稳定度（％）

设计要求（%）

试验结果

平均值

4.53

30min

2.458

2.461

91.3

≥85

2.465

2.461

48h

2.465

2.463

2.464

2.462

2.460

由表3-4可见，AC-20C（方案I）沥青混合料残留稳定度满足设计要求。

3.2方案Ⅱ

1、原材料筛分及合成级配

多种矿料级配和方案II合成矿料级配如表3-6所列。

AC-20C型沥青混合料合成矿料级配组成（方案Ⅱ）表3-6

2、矿料合成级配曲线图

方案II矿料合成级配曲线图3-3所表示。

图3-3AC-20C型（方案Ⅱ）矿料合成级配曲线图

3、马歇尔试验结果及最好沥青用量确定

①AC-20C（方案II）马歇尔试验

方案II各油石比马歇尔结果见表3-7。

AC-20C（方案Ⅱ）马歇尔试验结果表3-7

试件

组号

油石比（％）

试件相对密度

空隙率（％）

矿料间隙率（％）

沥青饱和度（％）

稳定度（kN）

流值

（0.01mm）

实际

理论

3.5

2.415

2.614

7.6

15.6

51.5

6.8

27.5

4.0

2.444

2.594

5.8

15.0

51.4

7.3

31.2

4.5

2.463

2.576

4.4

14.8

70.3

8.8

33.8

5.0

2.466

2.557

3.6

15.1

76.5

10.4

36.7

5.5

2.463

2.539

3.0

15.6

80.8

9.8

43.7

技术

要求

3～5

≥13

65～75

≥8.0

20～40

注：

2）沥青混合料理论最大相对密度采取计算法得到。

②最好沥青用量确定

由表3-7得出油石比和各项测定指标关系曲线图3-4所表示。

图3-4AC-20C下面层目标配合比（方案II）确定沥青用量图

依据曲线图,得出油石比OAC：

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=（5.0+5.0+4.75+4.5）/4=4.81

OAC2＝（OACmin+OACmax）/2=（4.30+4.85）/2＝4.58

依据OAC1和OAC2，结合实践经验和本项目交通量、气候条件，综合确定AC-20C目标配合比（方案II）最好油石比为：

OAC=4.69%。

4、最好油石比马歇尔试验

依据确定多种矿料百分比、级配和最好油石比进行了马歇尔试件制作，并对其进行相关试验，其试验结果如表3-8所列。

AC-20C（方案Ⅱ）最好油石比马歇尔试验结果表3-8

指标

油石比（％）

试件相对密度

空隙率（％）

矿料间隙率（％）

沥青饱和度（％）

稳定度（kN）

流值

（0.01mm）

实际

理论

结果

4.69

2.461

2.568

4.2

15.0

72.1

9.7

34.6

技术

要求

3～5

≥13

65～75

≥8.0

20～40

注：

2）沥青混合料理论最大相对密度采取计算法得到。

由表3-8可见，最好油石比马歇尔试验结果各项体积指标均符合设计技术要求。

5、浸水马歇尔试验

依据确定多种矿料百分比、级配和最好油石比进行了马歇尔试件制作，并进行残留稳定度试验，以判定目标配合比沥青混合料抗水损害性能，试验结果如表3-9所列。

AC-20C（方案Ⅱ）残留稳定度试验结果表3-9

油石比

（％）

浸水时间

稳定度（kN）

残留稳定度（%）

设计要求（%）

试验结果

平均值

4.69

30min

2.463

2.461

90.6

≥85

2.462

2.460

2.461

48h

2.463

2.464

2.463

2.466

由表3-9可见，AC-20C（方案II）沥青混合料残留稳定满足设计要求。

3.3方案Ⅲ

1、原材料筛分及合成级配

多种矿料级配和方案III合成矿料级配如表3-11所列。

AC-20C型沥青混合料合成矿料级配组成（方案Ⅲ）表3-11

2、矿料合成级配曲线图

方案III矿料合成级配曲线图3-5所表示。

图3-5AC-20C型（方案Ⅲ）矿料合成级配曲线图

3、马歇尔试验结果及最好沥青用量确定

①AC-20C（方案III）马歇尔试验

方案III各油石比马歇尔结果见表3-12。

AC-20C（方案Ⅲ）马歇尔试验结果表3-12

试件

组号

油石比（％）

试件相对密度

空隙率（％）

矿料间隙率（％）

沥青饱和度（％）

稳定度（kN）

流值

（0.01mm）

实际

理论

3.5

2.413

2.616

7.7

15.8

51.0

7.0

23.0

4.0

2.438

2.596

6.1

15.2

60.0

7.8

28.2

4.5

2.464

2.577

4.4

14.8

70.3

8.5

29.3

5.0

2.464

2.559

3.7

15.2

75.6

8.8

34.6

5.5

2.460

2.541

3.2

15.7

79.7

8.0

41.3

技术

要求

3～5

≥13

65～75

≥8.0

20～40

注：

2）沥青混合料理论最大相对密度采取计算法得到。

②最好沥青用量确定

由表3-12得出油石比和各项测定指标关系曲线图3-6所表示。

图3-6AC-20C下面层目标配合比（方案Ⅲ）确定沥青用量图

依据曲线图,得出油石比OAC：

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=（4.6+5.0+4.75+4.75）/4=4.70

OAC2＝（OACmin+OACmax）/2=（4.3+4.95）/2＝4.63

依据OAC1和OAC2，结合实践经验和本项目交通量、气候条件，综合确定AC-20C目标配合比（方案III）最好油石比为：

OAC=4.66%。

4、最好油石比马歇尔试验

依据确定多种矿料百分比、级配和最好油石比进行了马歇尔试件制作，并对其进行相关试验，其试验结果如表3-13所列。

AC-20C（方案Ⅲ）最好油石比马歇尔试验结果表3-13

指标

油石比（％）

试件相对密度

空隙率（％）

矿料间隙率（％）

沥青饱和度（％）

稳定度（kN）

流值

（0.01mm）

实际

理论

结果

4.66

2.461

2.571

4.3

15.1

71.3

8.7

33.0

技术

要求

3～5

≥13

65～75

≥8.0

20～40

注：

2）沥青混合料理论最大相对密度采取计算法得到。

由表3-13可见，最好油石比马歇尔试验结果各项体积指标均符合设计技术要求。

5、浸水马歇尔试验

依据确定多种矿料百分比、级配和最好油石比进行了马歇尔试件制作，并进行残留稳定度试验，以判定目标配合比沥青混合料抗水损害性能，试验结果如表3-14所列。

AC-20C（方案Ⅲ）残留稳定度试验结果表3-14

油石比

（％）

浸水时间

稳定度（kN）

残留稳定度（％）

设计要求（%）

试验结果

平均值

4.66

30min

2.457

2.461

94.6

≥85

2.463

2.461

2.462

48h

2.468

2.464

2.462

2.463

2.464

由表3-14可见，AC-20C（方案III）沥青混合料残留稳定满足设计要求。

3.4AC-20C沥青混合料目标配合比试验结果汇总表

AC-20C沥青混合料目标配合比三个方案试验结果汇总于表3-16.

AC-20C沥青混凝土目标配合比设计试验结果表3-16

结构类型

方案Ⅰ

方案Ⅱ

方案Ⅲ

AC-20C设计要求

油石比（％）

4.53

4.69

4.66

试件相对密度

实际

2.461

理论

2.573

2.568

2.571

空隙率（％）

4.3

4.2

4.3

3～5

间隙率（％）

14.7

15.0

15.1

≥13

饱和度（％）

70.6

72.1

71.3

65～75

稳定度（KN）

9.4

9.7

8.7

≥8.0

流值（0.01mm）

35.7

34.6

33.0

20～40

动稳定度（次/mm）

3090

3520

3180

2400次/mm

残留稳定度MS0（％）

91.3

90.6

94.6

≥85

4AC-20C沥青混凝土目标配合比推荐方案

4.1方案比选

依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-）要求和施工图设计对AC-20C沥青混合料性能指标技术要求，分别对以上三个设计方案沥青混合料进行了试验分析，各试验数据见表3-16所列。

依据表3-16中所列试验结果，对各方案进行比选，以推荐出本项目AC-20C沥青混合料目标配合比最优方案。

1、方案Ⅱ和方案Ⅲ比较

方案Ⅱ和方案Ⅲ均为AC-20C沥青混合料，由表3-6和表3-11可知，方案Ⅱ和方案Ⅲ级配关键控制筛孔4.75mm经过率分别为42.4％和38.9％,可见方案III级配较方案II粗。

依据方案Ⅱ和方案Ⅲ目标配合比设计结果，就以下多个方面对此两个方案进行比较。

①体积指标：

方案Ⅱ、Ⅲ最好油石比、空隙率、饱和度和矿料间隙率分别为4.69%和4.66%，4.2％和4.3％，72.1%和71.3%，15.0%和15.1%。

从两个方案体积指标来看，各指标均能满足设计要求。

②水稳性：

由表3-16中试验结果可知，方案Ⅱ和方案Ⅲ残留稳定度分别为，90.6%和94.6%，方案Ⅱ残留稳定度略小，但动稳定度显著优于方案Ⅲ。

综合两个方案级配曲线和以上几点比较、和本项目标相关要求和特点，方案Ⅱ综合性能优于方案Ⅲ。

2、方案Ⅰ和方案Ⅱ比较

方案Ⅰ和方案Ⅱ均为AC-20C沥青混合料，由表3-1和表3-6可知，方案Ⅰ和方案Ⅱ级配关键控制筛孔4.75mm经过率分别为42.8％和42.4％。

依据方案Ⅰ和方案Ⅱ目标配合比设计结果，就以下多个方面对此两个方案进行比较。

①体积指标：

方案Ⅰ、Ⅱ最好油石比、空隙率、饱和度和矿料间隙率分别为4.53%和4.69%，4.3％和4.2％，70.6%和72.1%，14.7%和15.0%。

从两个方案体积指标来看，各指标均能满足设计要求。

②水稳性：

由表3-16中试验结果可知，方案Ⅰ和方案Ⅱ残留稳定度分别为，91.3%和90.6%，方案Ⅱ残留稳定度较小，但动稳定度显著优于方案Ⅲ。

综合两个方案级配曲线和以上几点比较、和本项目标相关要求和特点，方案Ⅱ综合性能优于方案Ⅰ。

经过对以上三个方案矿料级配、体积指标和沥青混合料性能进行综合比较，方案Ⅱ作为本项目AC-20C施工推荐方案，方案Ⅲ作为备选方案。

4.2推荐方案

下面层目标配合比设计方案推荐使用方案Ⅱ和备选方案Ⅲ多种矿料百分比、油石比和矿料合成级配如表4-1所列。

AC-20C沥青混凝土推荐目标配合比级配组成表4-1

矿料组成百分比

推荐方案

9.5-19mm:

4.75-9.5mm:

2.36-4.75mm:

0～2.36mm:

矿粉:

消石灰:

油石比＝

45%:

15%:

13%:

22%:

4%:

1%:

4.69%

备选方案

9.5-19mm:

4.75-9.5mm:

2.36-4.75mm:

0～2.36mm:

矿粉:

消石灰:

油石比＝

50%:

13%:

20%:

3%:

1%:

4.66%

目标

合成级配

经过下列筛孔（mm）质量百分率（%）

31.5

26.5

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

推荐方案

100

96.8

89.4

78.9

60.9

42.4

27.0

19.4

13.6

10.1

8.0

6.0

备选方案

100

96.5

88.3

76.6

56.6

38.9

24.1

17.1

11.8

8.7

6.8

5.0

汪延高速公路建设项目GSZ03协议段工地试验室

-7-22

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